綜采工作面“三機”配套以及設備選型原則

桑根洪 孫傳旗

（山東能源肥城礦業集團 白莊煤礦，山東 肥城 271623）

0 引言

隨著礦井逐步實現現代化，生產能力逐年提高，綜采設備也趨于大型化、一體化、智能化。但是由于綜采設備的型號眾多，在不同的工作面應用時會發生不配套的情況，嚴重制約著綜采工作面的發展，因此非常有必要明確綜采工作面“三機”配套以及設備選型原則，提高綜采設備的廣泛應用。

1 綜采工作面“三機”配套原則

1.1 “三機”配套幾何尺寸關系

采煤機、刮板輸送機和液壓支架之間橫斷面配套尺寸如圖1 所示。

圖1 液壓支架、采煤機、刮板輸送機幾何關系示意圖

由圖1 可知，輸送機的結構形式及附件必須與采煤機的結構相匹配，其中部槽應與液壓支架的推移千斤頂連接裝置的間距和連接結構相匹配。采煤機的采高范圍與支架的最大和最小結構尺寸相適應，而其截深應與支架推移步距相適應。

1.2 “三機”性能配套

綜采工作面“三機”性能應相互匹配，否則會相互制約，設備難以充分發揮其作用。其主要涉及的內容有：

1）采煤機底托架與輸送機槽的匹配。

2）采煤機搖臂與輸送機頭尾和自開切口的匹配。

3）支架性能與采煤機牽引速度的匹配。

1.3 “三機”生產能力配套

工作面小時生產能力取決于工作面的年產量，采煤機的生產能力依據工作面小時生產能力確定。其它配套設備的能力都應大于采煤機的生產能力。就“三機”而言，工作面輸送機的生產能力應大于采煤機的生產能力，液壓支架的移架速度應大于采煤機的工作速度。

1.4 “三機”壽命配套

“三機”壽命配套是指綜采工作面各單機設備的大修周期應該相互接近。高產高效要求工作面各種設備，特別是主要設備必須處于良好的運轉狀態。如果在工作面生產過程中，設備交替更換進行大修或“帶病”運轉，則必然影響高產高效的實現，也會對設備造成損壞。

2 采煤機選型原則及主要技術要求

1）采煤機能適合的煤層地質條件，其主要參數(采高、截深、功率、牽引方式)的選取要合理，并有較大的適用范圍。

2）采煤機應滿足工作面開采生產能力的要求，其生產能力要大于工作面設計能力。

3）采煤機的技術性能良好，工作可靠，具有較完善的各種保護功能，便于使用和維護。

采煤機的實際生產能力、采高、截深、截割速度、牽引速度、牽引力和功率等參數在選型時必須確定。實際生產能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時間利用系數。采高由滾筒直徑、調高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機采高的主要調節變量，每種采煤機都有幾種滾筒直徑供選擇，滾筒直徑應滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質軟硬、頂板巖性以及移架步距有關。截割速度是指滾筒截齒齒尖的圓周切線速度，由截割部傳動比、滾筒轉速和滾筒直徑確定，對采煤機的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。牽引速度的初選是通過滾筒最大切削厚度和液壓支架移架追機速度驗算確定。牽引力是由外載荷決定的，其影響因素較多，如煤質、采高、牽引速度、工作面傾角、機身自重及導向機構的結構和摩擦系數等，沒有準確的計算公式，一般取采煤機電機功率消耗的10%～25%。滾筒采煤機電機功率常用單齒比能耗法或類比法計算，然后參照生產任務及煤層硬度等因素確定。

3 支護設備選型設計

液壓支架是綜合機械化采煤裝備的關鍵設備。液壓支架的功用是：有效地支承和控制工作面頂板，保證工人操作和機器運轉的安全工作空間；隨著工作面推進而實現推移工序的機械化，并提供足夠的通風斷面。

3.1 影響支護設備選型的因素

選擇架型時，還要考慮下列因素。

3.1.1 煤層厚度

煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩定性。當厚度超過2.5m 的煤層、頂板有側向推力時，一般不宜采用支承式支架。煤層厚度大于2.5～2.8 m 時，應選用抗水平推力強且帶護幫裝置的掩護式或支承掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調高范圍放大的掩護式或雙伸縮立柱支架。

3.1.2 煤層傾角

煤層傾角主要影響支架的穩定性，傾角大時易發生傾倒、下滑等現象。當煤層傾角大于10°～15°時，應設防滑和調架裝置，當傾角超過18°時，應同時具有防滑放倒裝置。

3.1.3 底板性質

底板承受支架的全部載荷，對支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結構和支撐面積。選型時，要演算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓（對于砂巖底板，允許比壓為1.96～2.16MPa，軟底板為0.98MPa 左右）。

3.1.4 瓦斯涌出量

對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。

3.1.5 地質構造

地址構造十分復雜，斷層十分發育，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在5～8m2和20 分鐘以下時，暫不宜采用液壓支架。

3.1.6 設備成本

能同時選用幾種架型時，應優先選用價格便宜的支架。在相同條件下支撐式支架質量最小，造價也最便宜，而支撐掩護式支架則質量最大，價格最貴。

3.1.7 特種支架

對特定的開采要求，應選用相應的特種液壓支架，如放頂煤支架，鋪網支架等。

3.2 支護設備選型原則

（1）液壓支架的選型就是要確定支架類型(支撐式、掩護式、支撐掩護式)、支護阻力(初撐力和額定工作阻力)、支護強度與底板比壓以及支架的結構參數(立柱數目 最大最小高度、頂梁和底座韻尺寸及相對位置等)及閥組性能和操作方式等。

（2）選型依據是礦井采區、綜采工作面地質說明書。在選型之前，必須將所采工作面的煤層、頂底板及采區的地質條件全部查清。然后依據不同類級頂板選取架型。最后依據選型內容結合國內現有液壓支架的主要技術性能直接選定架型及其參數所對應的支架型號。

4 刮板輸送機選型原則

（1）刮板輸送機的輸送能力應大于采煤機的最大生產能力，一般取1.2 倍。

（2）要根據刮板鏈的質量情況確定鏈條數目，結合煤質硬度選擇鏈子結構型式。

（3）應優先選用雙電機雙機頭驅動方式。

（4）應優先選用短機頭和短機尾。

（5）應滿足采煤機的配合要求，如在機頭機尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側設鏟煤板，靠采空區一側附設電纜槽等。

在選型時要確定的刮板輸送機的參數主要包括輸送能力、電機功率和刮板鏈強度等。輸送能力要大于采煤機生產能力并有一定備用能力。電機功率主要根據工作面傾角、鋪設長度及輸送量的大小等條件確定。刮板鏈的強度應按惡劣工況和滿載工況進行驗算。

［1］王啟文，李炳文，黃嘉興.采掘機械與支護設備[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006（4）.

［2］陳維健，齊秀麗，肖林京.礦山運輸與提升設備[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

［3］李貴軒，李曉豁.采煤機械設計[M].沈陽：遼寧大學出版社，1994.

［4］丁紹南.采煤工作面液壓支架設計[M].北京：世界圖書出版公司，1992.